Post on 23-Aug-2018
PROCESOS DE MEMBRANA: GENERALIDADES Y APLICACIONES AL
CICLO INTEGRAL DEL AGUA
Silvia Álvarez Blanco y Jose Antonio Mendoza Roca
Instituto Universitario de Investigación ISIRYMDepartamento de Ingeniería Química y Nuclear
Universidad Politécnica de Valencia
PROMETEO
Procesos de Membrana,Tratamiento de Efluentes
y Optimización
Grupo de I+D+IPROMETEO
Procesos de Membrana,Tratamiento de Efluentes
y Optimización
Grupo de I+D+IPROMETEO
Procesos de Membrana,Tratamiento de Efluentes
y Optimización
Grupo de I+D+I
ÍNDICE Introducción Clasificación de los procesos de membrana Principales procesos de membranas Parámetros característicos Membranas y módulos Ensuciamiento y limpieza de las
membranas
GENERALIDADES DE LOS PROCESOS DE MEMBRANA
Concepto de membrana semipermeable
Membrana
FASE 1
FASE 2
Fuerza impulsora
Alimentación
Permeado
Concentrado
Una “membrana semipermeable” es una barrera selectiva quepermite el paso de ciertas sustancias a su través en mayorproporción, mientras que impide o restringe el paso de otrassustancias.El “transporte selectivo” se debe a diferencias en la carga eléctricao el tamaño molecular.
Comparación con la filtración convencional
FILTRACIÓN
Flujo transversal
Filtración transversal
Filtración Convencional
Filtración por Membranas
Ejemplos: espiral, tubular, plano, fibra hueca
Flujo tangencialPresión
Mediofiltrante
Membrana
Filtrado Permeado
Tiempo
Velocidad Permeado
Velocidad Filtrado o
Tiempo
Aplicaciones de la separación por membranas
Purificación: Las impurezas (componentes indeseables) se eliminanbien en la corriente de permeado o en el rechazo.
Fraccionamiento: Cuando una mezcla se separa en dos o máscomponentes deseados.
Concentración: Cuando el componente deseado se encuentra a bajaconcentración, y es el disolvente de la corriente que se elimina en elproceso (permeado).
ALIMENTO RECHAZO
PERMEADO
Fuerzaimpulsora
Características generales de las membranas
Las membranas deben reunir una serie de características como son:
BUENA SELETIVIDAD
ELEVADA PERMEABILIDAD
ESTABILIDAD
La SELECTIVIDAD es la característica más importante de lasmembranas y determina la capacidad de la misma para “rechazar”partículas, moléculas o iones (dependiendo del proceso).
iA
iPi c
cR
,
,1−=Coeficiente de rechazo
Concentración del componente (i) en el permeado
Concentración del componente (i) en el alimento
La selectividad se determina por el coeficiente de retención o “rechazo”
Membrana
FASE 1
FASE 2
Fuerza impulsora
Alimentación
Permeado
Concentrado
Características generales de las membranas
Las membranas deben reunir una serie de características como son:
BUENA SELETIVIDAD
ELEVADA PERMEABILIDAD
ESTABILIDAD
La PERMEABILIDAD evalúa la productividad y se caracteriza por mediode la densidad de flujo de permeado (J) y es proporcional a la magnitudde la fuerza impulsora. Depende de varios factores como son:
Espesor de la membrana (la permeabilidad es inversamente proporcional al espesor)
Dimensión de los poros (y su distribución en la superficie de la membrana)
Condiciones hidrodinámicas (velocidad de flujo de la alimentación) Características de la alimentación (temperatura, concentración,
viscosidad, etc. afecta a fenómenos como al ensuciamiento de la membrana o a la concentración por polarización)
Magnitud de la fuerza impulsora
xdXdA
ÁreaQJ P ⋅−==
Coeficiente fenomenológico
Fuerza impulsora
Espesor de la membrana
Características generales de las membranas
Las membranas deben reunir una serie de características como son:
BUENA SELETIVIDAD
ELEVADA PERMEABILIDAD
ESTABILIDAD
En cuanto a la ESTABILIDAD, una membrana debe tener:
Estabilidad química frente al pH y los agentes químicos
Estabilidad térmica frente a la temperatura
Estabilidad mecánica frente a las presiones de operación
Ventajas de los procesos con membranas• Bajo coste energético, pues no hay cambio de fase.• Operación bajo condiciones suaves (temperatura). Se pueden separar
compuestos sensibles a la temperatura.• Posibilidad de llevar a cabo el proceso de separación en continuo.• Fácilmente automatizables.• Adaptabilidad a distintos tipos de aplicaciones, gracias a que podemos
encontrar membranas con propiedades muy diferentes.• No se necesita incorporar ningún producto químico externo a la
disolución a tratar. Son tecnologías respetuosas con el medio ambiente.
• Instalaciones compactas, pues los equipos suelen ser relativamente pequeños.
• Fácil cambio de escala, pues los equipos son modulares.• Facilidad de montaje, desmontaje y operación.• Posibilidad de ser combinados con otros procesos de tratamiento:
Procesos híbridos.
Desventajas de los procesos con membranas
• Ensuciamiento de las membranas, que reduce la permeabilidad e incluso puede reducir la vida útil.
• Elevado coste de las membranas.
• Falta de selectividad para algunas aplicaciones.
• Algunos materiales son sensibles al ataque químicocausado por ácidos, bases, oxidantes y disolventes orgánicos.
• Algunos materiales no tienen buena resistencia mecánica a las abrasiones, vibraciones, altas temperaturas o presiones.
ÍNDICE Introducción Clasificación de los procesos de membrana Principales procesos de membranas Parámetros característicos Membranas y módulos Ensuciamiento y limpieza de las
membranas
GENERALIDADES DE LOS PROCESOS DE MEMBRANA
Clasificación según la fuerza impulsora
El transporte a través de una membrana se debe a la acción de unafuerza impulsora que actúa sobre el lado del alimento (Fase 1), y cuyamagnitud de forma general es proporcional a la velocidad de permeación.
La relación de proporcionalidad entre la densidad de flujo de permeado (J) y dicha fuerza impulsora viene dada por:
xdXdAJ ⋅−=
Coeficiente fenomenológico
Fuerza impulsora
Clasificación según la fuerza impulsora
PROCESO FASE 1 FASE 2 FUERZA IMPULSORA
MicrofiltraciónUltrafiltraciónNanofiltraciónOsmosis inversa
Diálisis
Electrodiálisis
PervaporaciónSeparación gases
LLLL
L
L
L G
LLLL
L
L
G G
∆P/∆x∆P/∆x∆P/∆x∆P/∆x
∆c/∆x
∆E//∆x
∆p//∆x∆p//∆x
La “membrana” actúa como una interfase en la cual una partícula omolécula permea experimentando una resistencia al transporte.
Clasificación según la fuerza impulsora Operaciones de Presión
Operaciones donde la fuerza impulsora es una diferencia de presióna través de la membrana.PROCESOS: MF, UF, NF y OI
TECNOLOGIA DE MEMBRANA
TAMAÑO DE PORO (µm)
PRESIÓN DE TRABAJO (bar) J (L h-1 m-2)
MICROFILTRACIÓN 0,1 - 10 0,5 – 2 > 200
ULTRAFILTRACIÓN 0,005 – 0,05 0,5 – 5 5 - 200
NANOFILTRACIÓN 0,0005 – 0,005 5 – 15 5 - 80
ÓSMOSIS INVERSA < 0.001 5 – 80 5 - 50
Operaciones de Presión
Ósmosis inversa (0,001 a 0,0001 µm)Sales, iones, minerales
Nanofiltración (0,005 a 0,0005 µm)Azúcares, lactosa, iones polivalentes
Ultrafiltración (0,05 a 0,005 µm)Macromoléculas, pigmentos
Microfiltración (0,1 a 10 µm)Bacterias, sólidos en suspensión∆P
Agua
Mercado de los procesos de membranas (Europa)
Mercado procesos de membranas (millones $/año)
ÍNDICE Introducción Clasificación de los procesos de membrana Principales procesos de membranas Parámetros característicos Membranas y módulos Ensuciamiento y limpieza de las
membranas
GENERALIDADES DE LOS PROCESOS DE MEMBRANA
Parámetros característicos
100C
CC(%)chazoRe
a
pa ⋅−
= 100QQ
(%)Conversióna
p ⋅=
A
R
QQ(FRV) volumen de reducción deFactor =
A
R
CCiónconcentrac deFactor =
ÁreaQ
(J) permeado de flujo de Densidad p=
Umbral de corte molecular: peso molecular del soluto que es retenido en un 90% por la membrana (unidad: Dalton = g/mol)
ÍNDICE
Introducción Clasificación de los procesos de membrana Principales procesos de membranas Parámetros característicos Membranas y módulos Ensuciamiento y limpieza de las
membranas
Clasificación de las membranas Atendiendo a la naturaleza química de la capa activa Orgánicas o poliméricas Inorgánicas
Atendiendo a la estructura de la sección transversal Simétricas Asimétricas
• Integrales• Compuestas
Atendiendo a su geometría o configuración Planas Tubulares (φin > 2 mm) Capilares (φin = 0.025 – 2 mm)
Las membranas orgánicas sintéticas
Están basadas en polímeros de síntesis. Los más utilizados son:
POLÍMEROS MF UF NF OI SG PV DÉSTERES DE CELULOSA (AC, TAC) x x x x x x x
POLIAMIDAS AROMÁTICAS (PA) x x x x x
POLIBENZIMIDAZOL (PBI) x
POLIBENCIMIDIAZOLONA (PBIL) x
POLISULFONA (PS) x x x x
POLIIMIDA (PI) x x
POLIETERIMIDA (PEI) x x
POLIACRILONITRILO (PAN) x x
POLIDIMETILSILOXANO (PDMS) x x
POLITETRAFLUORETILENO (PTFE) x
Las membranas inorgánicas
Se caracterizan por poseer una gran estabilidad química, mecánica y térmica, sensiblemente mayor que las poliméricas.
Sin embargo son más frágiles y sensiblemente más caras.
Se pueden distinguir tres tipos diferentes de membranas: metálicas, cerámicas y de vidrio. Las cerámicas son las más utilizadas.
METÁLICAS Sinterizado de polvos metálicos W, Mo, Ni, Fe, Al, Pt, Cu, Ag, Au
DE VIDRIOSol- GelPrensado
óxidos de silicio (SiO2) y aditivos (boro, fósforo, sodio, etc.)
CERÁMICAS
Combinación de un metal con un no-metal(sinterizado, Sol-Gel, anodizado)
Metal (Al, Ti o Zr)Óxido metálico (α ó γ-Al2O3, ZrO2)
Las membranas cerámicas
óxidos de Zr óxidos de Al óxidos de Ti
UF y MF
Capa filtrante
Capa intermedia
Soporte
Membrana de γ-Al2O3 de Membralox (x1010)
• Membranas simétricas- Estructura de poro isotrópica
PROCESOS: MF, UF y DIALISIS
Clasificación según la estructura de la membrana
•Membranas asimétricas integrales
PROCESOS: MF y UF
Clasificación según la estructura de la membrana
Membrana de UF de polipropileno
Clasificación según la estructura de la membrana
ESTRUCTURA GENERAL DE UNA MEMBRANA COMPUESTA
Capa activa o selectiva
Capa soporteporosa
500 Å – 10 µm
80-200 µm
CA
CS
•Membranas asimétricas compuestas
PROCESOS: NF, OI, SG y PV
Clasificación según la estructura de la membrana
Membrana de γ-Al2O3 (Membralox)
Configuraciones y módulos de membranas
• Configuración: Forma geométrica dada a la membrana
• Plana• Tubular (φin > 2 mm)• Capilar (φin = 0.025 – 2 mm)
• Módulo: Dispositivo que actúa de soporte de una o varias membranas (carcasa)
• Placas y marcos• Espiral • Tubular• Fibras huecas
Módulos de placas y marcos
Feed Retentate
Permeate
Permeate
Membranes
• Se pueden montar y desmontar fácilmente
• Poca área de membrana por unidad de volumen de módulo
• Fueron los primeros desarrollados
Módulo de arrollamiento en espiral
alimentación
rechazo
permeado
Módulos tubulares
alimentopermeado
rechazo
φinterno: > 2 mm
Módulos de fibras huecas
φin = 0.025 – 2 mm
Módulos de fibras huecas
ÍNDICE Introducción Clasificación de los procesos de membrana Principales procesos de membranas Parámetros característicos Membranas y módulos Ensuciamiento y limpieza de las
membranas
GENERALIDADES DE LOS PROCESOS DE MEMBRANA
Causas del ensuciamiento de las membranas
• Adsorción de moléculas de soluto sobre la superficie de la membrana debido a afinidades químicas.
• Taponamiento de los poros de la membrana, tanto a nivel superficial como en el interior de los mismos, debido a que el tamaño de las moléculas de soluto es similar al de los poros de la membrana .
• Formación de capa gel, debida al establecimiento de una red tridimensional entre las macromoléculas de soluto y el disolvente.
• Formación de depósitos en la superficie de la membrana o en el interior de la misma por precipitación de las moléculas de soluto o deposición de materia en suspensión
Consecuencias del ensuciamiento de las membranas
• Disminución de la densidad de flujo de permeado (productividad).• Cambios en la selectividad de la membrana (rechazo) .• Aumento de la caída de presión en el módulo de membranas.
Clasificación de los métodos de limpieza
FÍSICOS
QUÍMICOS
Métodos físicos de limpieza de membranas
• Son realmente métodos de control del ensuciamiento
• No son tan eficaces como los métodos químicos
• Evitan el uso de reactivos y con ello la generación de residuos y el deterioro de la membrana
• Ejemplos:
• Retroflujo (backpulsing)
• Promotores de turbulencias, etc.
• Pulsos de campo eléctrico
• Limpieza con ultrasonidos
Métodos químicos de limpieza de membranas (I)Utilizan productos químicos para la limpieza de las membranas• Limpieza ácida: Para eliminar precipitados inorgánicos
– Ácido acético (a pH 3-4)– Ácido clorhídrico al 0.1 %– Ácido fosfórico al 0.4 %– Ácido cítrico al 1 %– Ácido nítrico al 0.2 %
• Limpieza alcalina: Para ensuciamiento por materia orgánica– Hidróxido sódico (a pH al menos 11). Se puede añadir:
• Tripolifosfato sódico (STTP)• Ácido etilendiaminotetracético (AEDT)• Fosfato trisódico (TSP)
• Desinfectantes: Para ensuciamientos biológicos– Productos biocidas– Peróxido de hidrógeno al 2.5 %– NaOCl
Métodos químicos de limpieza de membranas (II)Utilizan productos químicos para la limpieza de las membranas
• Ajentes complejantes: Reducen la dureza del agua, ayudan a mantener los depósitos en suspensión
• Tripolifosfato sódico (STTP)• Ácido etilendiaminotetracético (AEDT)• Fosfato trisódico (TSP)
• Tensioacticos: Favorecen la eliminación de especies poco solubles en agua
• Enzimas: Para eliminación de algunos compuestos orgánicos• Proteasas• Lipasas
• Otros aditivos:• Antiespumantes• Inhibidores de corrosión
¿Cuándo se debe efectuar la limpieza química?
• Reducción del flujo de permeado en un 10 -15 %
• Aumento de la salinidad en el permeado en un 10 – 15 %
• Aumento en la pérdida de carga en 1.5 veces el valor inicial
PLANTA DE DESALACIÓN DE AGUA POR OI
Fin de la Presentación
Equipo de lavado
Concepto de membrana semipermeable
Membrana
FASE 1
FASE 2
Fuerza impulsora
Alimentación
Permeado
Concentrado
Densidad de flujo de permeado
J (L/h m2)
Rechazo
100C
CCR(%)
a
pa ⋅−
=
Procesos impulsados por un gradiente de concentración: Diálisis
• Aparece en los años 70• Escaso interés industrial• Separación de iones y especies de reducido peso
molecular (< 100 Da)• Se utilizan membranas iónicas• Proceso lento y poco selectivo• Aplicaciones:
• Riñón artificial• Recuperación de NaOH en la industria textil• Eliminación de alcohol en la cerveza• Eliminación de sales en la industria
farmacéutica
Membrana de ED Membrana de ED
iónnegativo
iónpositivo
cargasfijas
a) Membrana aniónica b) Membrana catiónica
ObjetoReducir el contenido iónico de una disolución mediante:- Diferencia de potencial eléctrico.- Membranas de intercambio iónico.
Procesos impulsados por un gradiente de potencial eléctrico: Electrodiálisis
Procesos impulsados por un gradiente de potencial eléctrico: Electrodiálisis
Carga negativa
Carga negativa
Carga positiva
Procesos impulsados por un gradiente de potencial eléctrico: Electrodiálisis
• Aparece en los años 30• Se utiliza para la separación de iones• Se utilizan membranas iónicas (no porosas)• Gradiente de potencial eléctrico del orden de 1-2 V• Aplicaciones:
• Desalación de agua de mar• Ablandamiento de agua• Eliminación de nitratos• Desmineralización de lactosa• Eliminación de ácidos en zumos• Eliminación de tartrato de vinos• Eliminación de metales pesados• Producción de cloro e hidróxido de sodio
Procesos impulsados por un gradiente de presión parcial: Pervaporación
Esquema general de un proceso de pervaporación
Procesos impulsados por un gradiente de presión parcial: Pervaporación
• Aparece en el año 1917
• Se produce un cambio de fase
• Se utilizan membranas no porosas
• Densidad de flujo de permeado reducida
• Aplicaciones limitadas:
• Deshidratación de compuestos orgánicos
• Recuperación de compuestos orgánicos con concentraciones reducidas
• Separación de mezclas azeotrópicas
Procesos impulsados por un gradiente de presión parcial: Permeación de gases
Pervaporación (L-V) Permeación de gases (G-G) p’ > p”
Membrana
RechazoAlimento FASE 1 (gas) P’
FASE 2 (gas) P” Permeado
p’ > p”
Procesos impulsados por un gradiente de presión parcial: Permeación de gases
• Aparece en los años 50• Utiliza membranas porosas y no porosas• Presiones de hasta 100 bar• Aplicaciones:
• Petroquímica• Purificación de H2, CO2, CH4 e hidrocarburos
gaseosos• Enriquecimiento, purificación y deshidratación de N2
• Ajuste de la relación H2/CO2 en el gas de síntesis• Recuperación de He de gas natural u otras fuentes• Eliminación de VOC de corrientes de proceso
Evolución mundial del mercadoLas ventas de membranas y módulos en el 2002 se estiman en más de 4400 millones de $, repartidos en diferentes procesos.
0500
10001500200025003000350040004500
1986 1991 1997 2002Año
Valo
r (m
illone
s $)
ConcentradosBiotec/BiomedicinaAguaSemiconductoresMedio ambienteTerapia (Diálisis)AlimentaciónElectroquímicaPervaporaciónSeparación de gases
Situación actual del mercado a nivel mundial
MERCADO MUNDIAL DE MEMBRANAS EN FUNCION DEL TIPO DE MATERIAL
TOTALMEMBRANAS
MEMBRANASINORGÁNICAS
1
2
3
4
5
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Mill
ones
de
$)
Actualmente las membranas orgánicas superan con creces en venta a las membranas inorgánicas
Ventajas de las membranas inorgánicas
Mayor estabilidad térmica, mecánica y química.
La elevada resistencia térmica aumenta sus posibilidades de trabajo, p.e. en el caso de filtración de líquidos.
Ya que el aumento de la temperatura permite:
- obtener mayores flujos de permeado
- trabajar a mayor concentración y viscosidad(mayor solubilidad).
- aumentar la vida media de las membranas(el lavado a alta temperatura es mucho más eficaz).
Desventajas de las membranas inorgánicas
Son muy frágiles y más caras.
Su principal campo de aplicación esta limitado a laindustria química y a la industria farmacéutica yagroalimentaria:
- Tratamiento de fluidos agresivos- Separaciones a elevada temperatura
De todos los tipos las MEMBRANAS CERÁMICASson las más utilizadas
Clasificación de los procesos de membrana
La membrana transporta más fácilmente un componente que otro debido a diferencias entre las propiedades físico-químicas de las membranas y las especies permeantes.
Los procesos de membranas se caracterizan por usar una membranapara llevar a cabo una separación específica.
Sin embargo, los procesos de membrana se pueden clasificar atendiendo a diferentes aspectos de la separación:
La fuerza impulsora que actúa Mecanismo por el que se produce la separación Naturaleza química de la capa activa de la membrana Estructura de la sección transversal
Comparación de los procesos impulsados por presión
PRESIÓN DE TRABAJO Y DENSIDAD DE FLUJO DE PERMEADO
J(L/m2 h)
PRESIÓN (bar)
PROCESO
5 - 805 - 150,5 - 50,5 - 2
5 – 200
UF
5 - 405 – 80> 200
OINFMF
Situación actual del mercado por técnicas de membrana
2% 9%
40%15%
10%
24%
ESPAÑA150 MM $ (AÑO 2006)
MUNDIAL4400 MM $ (AÑO 2006)
9%
10%
15%20%
36%10%
SEPARACIÓN DE GASES
ÓSMOSIS INVERSADIÁLISIS
ELECTRODIÁLISIS
ULTRAFILTRACIÓNMICROFILTRACIÓN
Según su morfología, se pueden distinguir dos tipos demembranas:
MEMBRANAS SIMÉTRICAS
POROS CILÍNDRICOS DENSAPOROSA
CAPA ACTIVA
capa
MEMBRANAS ASIMÉTRICAS
POROSA POROSA CON
activa
COMPUESTA
capa activa
estructuramicroporosa
Clasificación según la estructura de la membrana
Comparación de los módulos de membranas
ParámetroMódulo
Plano Espiral Tubular Fibras huecas
Área específica Reducida Moderada Reducida Elevada
φinterno o espesor (mm) 4-20 4-20 20-50 0.5-2
Velocidad lineal (cm/s) 25-50 25-50 100-500 0.5
Régimen de flujo Laminar-turbulento
Laminar Turbulento Laminar-turbulento
Pérdida de presión (bar) 2-3 1-2 1-2 0.3
Facilidad de bloqueo Media Media Reducida Elevada
Pretratamiento Medio Medio Sencillo Intenso
Reemplazamiento Fácil Difícil Fácil Imposible
Características especiales Fácil de desmontar y
limpiar
No para membranas inorgánicas
Flujo fácil de caracterizar
Susceptible al bloqueo de las
fibras
OperaciónMódulo
Tubular Espiral Fibras huecas
Ósmosis inversa A MA MA
Ultrafiltración MA A NA
Microfiltración MA NA NA
Pervaporación A MA MA
Permeación de gases NA MA MA
Comparación de los módulos de membranas
A: Apropiado; MA: Muy apropiado; NA: No apropiado
FORMAS DE REDUCIR LA CONCENTRACIÓN POR POLARIZACIÓN Y EL ENSUCIAMIENTO
• Trabajando con concentraciones reducidas en la alimentación
• Favoreciendo la retrodifusión de solutos:
• Trabajando a baja presión (u otra fuerza impulsora)
• Aumentando la temperatura
• Aumentando la turbulencia
• Aumentando la velocidad de alimentación
• Efectos pulsantes
• Espaciadores
Membrana
z
JA = - A dP/dz
C1C3 CM3
δ
CM2C2
δ zδC
ABD
Concentración por polarización
Alimento
Permeado
APLICACIONES DE LOS PROCESOS DE MEMBRANA AL CICLO INTEGRAL
DEL AGUA
Índice de la presentación
• Nuevas aplicaciones. ¿Cómo estudiarlas? • Aplicaciones a aguas residuales industriales
• Biorreactores de membrana
• Regeneración de aguas residuales urbanas
• Aplicaciones a la potabilización de aguas
Escala Hitos
Laboratorio Análisis completo del agua residual a tratar Selección de la membrana Selección aproximada de los parámetros de
operación más importantes: velocidad tangencial y presión transmembranal
Primeros ensayos de limpieza
Planta piloto Selección y prueba de los módulos Optimización del proceso Intervalos de limpieza y demanda de productos
químicos Demanda de energía Calidad del permeado en la operación en continuo
Diseño de la instalación
Análisis de resultados Diseño propiamente dicho. Estudio de viabilidad económica
Instalación industrial
Control y optimización de los parámetros de operación y del consumo de energía
1. PROTOCOLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIONES
Selección de la membrana
1. PROTOCOLOS PARA EL ESTUDIO DE APLICACIONES
ESQUEMA DE LAS PLANTAS DE LABORATORIO
2 1
5
6
7
3
4
9
1. Depósito de agua residual 2. Baño termostatado 3. Bomba 4. Medidor de caudal 5. Manómetro 6. Módulo 7. Válvula 8. Depósito de permeado 9. Termómetro
8
Membranas de diferente “cut-off” y material
Estudio en planta piloto
PROCESOS DE TENERÍA
Piel en bruto
Almacenamiento
Tintura y engrase
Operaciones
de ribera Curtidos
Wet blue
Secado Acabado
Cuero
CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Caracterización del agua residual de una tenería con operaciones de ribera y
curtido al cromo a partir de piel bovina
Parámetro
DQO , mg/L 5000 - 5500
DBO 5 , mg/L 3000 - 3500
Sólidos en suspensión (SS) , mg/L 2500 - 3000
Cr 3+ , mg/L 80 - 100
SO 4 2 - , mg/L 1800 - 2000
Cl - , mg/L 5000 - 6000
pH 8 - 9
Conductividad , mS/cm 10 - 12
CONTRIBUCIÓN DE LOS PROCESOS AL AGUA RESIDUAL
Remojo Apelambra-
do
Desen-
calado
Píquel/
Curtición
Otros
DBO 10 70 3 2 15
DQO 15 55 3 2 25
SS 5 55 -- -- 40
SALINIDAD 60 -- 8 25 7
TOXICIDAD -- 76 -- 24 --
PROCESOS DE TENERÍA
BOMBO DE PROCESO
REUTILIZACIÓN DE AGUA RESIDUAL DE APELAMBRADO MEDIANTE UF
Agua residual de pelambre
UF
Pemeado a bombos
Rechazo
Bombos de apelambrado
Filtros de pelo
2. APLICACIONES A AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
• Industria del automóvil (recuperación de pinturas electroforéticas).
• Tratamiento de emulsiones agua-aceite.
• Industria láctea.
• Industria textil.
• Industria de la pulpa y del papel.
• Lixiviados
• Industria de curtidos
• Biorreactores de membrana
TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DE FUNDICIÓN DE ALUMINIO
3 m3/h
ULTRAFILTRACIÓN
Membranas cerámicas 40 m2
Concentrado a gestión externa
A reutilización en proceso
Agua residual (aceite, virutas y polvo de Al, desemulsionantes)
Inversión: 320.000 € Coste operación: 1,18 €/m3
TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DE PRODUCCIÓN DE HIDRÓXIDO DE MAGNESIO
MICROFILTRACIÓN
Membrana tubular de 0,2 μm. 96 m2
A vertido o reutilización
Agua residual (2 g/L de SS)
Inversión: 310.000 € Coste operación: 0,50 €/m3
200 μm
Reutilización del concentrado
3. BIORREACTOR DE MEMBRANA (MBR)
• Variante del proceso de fangos activos en el que la biomasa se separa mediante ultrafiltración o microfiltración.
• Evita problemas de decantación y flotación consiguiendo además mayor calidad en agua depurada.
• Permite mantener más biomasa en el reactor, por lo que supone ahorro de espacio
• Muy buena calidad de agua tratada
Configuraciones
• Membranas sumergidas
• Membranas externas
Membranas sumergidas
Bomba de vacío
UF/MF
Agua depurada
Bomba
Depósito para contralavado
Soplante
REACTOR
Bomba de recirculación
PTM mediante vacío en permeado Operación por ciclos (filtración + relajación)
FIBRAS HUECAS PLANAS
Membranas externas al reactor no sumergidas
Agua depurada
REACTOR UF/MF
Membranas tubulares multicanal
MEMBRANAS MICRODYN NADIR Y PLANTA PILOTO ECOTEC
Tanque de
almacenamiento de permeado
Agua
residual del tratamiento
primario
Recirculación
del fango
Efluente
Aire
Capacidad reactor 1.05 m3
Módulo BC10-10 1230x350x256 mm
Tamaño poro 0.04 µm (150 kDa)
Superficie de las
membranas
10 m2
Material membrana PES
prefiltro
DESCRIPCION GENERAL
PLANTA PILOTO
PLANTA PILOTO
¿QUÉ SE ESTÁ INVESTIGANDO?
• DISMINUCIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO (optimización de aireación)
• OPERACIÓN QUE MINIMIZA SUSTANCIAS POLIMÉRICAS EXTRACELULARES
• QUORUM QUENCHING
• BIORREACTORES CON MEMBRANAS DE NANOFILTRACIÓN
• BIORREACTORES OSMÓTICOS
4. REGENERACIÓN DE AGUAS RESIDUALES URBANAS
• Se trata de un tratamiento terciario que sustituye a coag + floc + sedimentación + filtración + radiación UV
• Se emplean membranas de fibras huecas (ejemplo membranas Pentair X-FLOW)
• Menor coste de operación en modo “dead end”.
• Responsable del ensuciamiento (materia orgánica del efluente)
5. APLICACIONES A POTABILIZACIÓN DE AGUAS
• PROCESOS DE DESALACIÓN (electrodiálisis, ósmosis inversa)
Ejemplo OI: desaladora de Jávea (26000 m3/d)
• PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUPERFICIALES
MF/UF en potabilización
• Podrían sustituir a decantación + filtración.
• Reducen la cantidad de desinfectante final.
• Pueden ir precedidas de coagulación.
• Membranas de fibras huecas, capilares y arrollamiento en espiral.
• Membranas orgánicas de PS, PES o PVDF.
Ventajas de MF/UF en potabilización
• Mayor calidad del agua tratada.
• Sistema mucho más compacto.
• Mejor control de la operación y mantenimiento.
• Ahorro de productos químicos.
• Menor producción de fangos.
¿quién es el culpable del ensuciamiento?
Sustancias húmicas
Son sustancias que pueden ser adsorbidas o bloquear los poros de las membranas
MATERIA ORGÁNICA NATURAL NOM)
MICROFILTRACIÓN. Membranas CMF y CMF-S de MEMCOR
• Material: PP o PVDF.
• Control de calidad mediante PDT.
• Limpieza periódica de las membranas.
TESTS DE INTEGRIDAD
• Necesario para comprobar que las membranas no se han roto y permiten el paso de microorganismos.
• Han de detectar “agujeros” de 3 micras.
• Se puede realizar diariamente.
• Un ejemplo es el “pressure decay test”.